Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes Komposit-Material, das eine thermoplastische Polymermatrix aus mindestens einem Styrol(co)polymer und mindestens eine Naturfa ser-Komponente enthält. Dieses Komposit-Material kann z. B. durch ein Verpressen im Lagenaufbau unter Anwendung von Druck und Hitze hergestellt werden. Das Material kombiniert strukturelle Steifheit, gute Verarbeitbarkeit und ansprechende Ästhetik, wodurch es sich für diverse Anwendungen, auch im Bereich „High Performance“ eignet. Gegenüber bekannten Materialien zeichnet sich das faserverstärktes Komposit-Material auch durch seinen hohen Oberflächenglanz aus.

Faserverstärkte Komposit-Materialen sind seit Jahren bekannt und bestehen aus einer Vielzahl von Verstärkungsfasern, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Die Anwen dungsbereiche von faserverstärkten Komposit-Materialen sind vielfältig. Zum Beispiel werden sie in der Automobil- und Luftfahrt-Industrie eingesetzt. Die Materialien sollen u.a. ein Brechen oder sonstige Fragmentierungen der Matrix verhindern und die Unfall gefahr durch verstreute Bauteilstücke reduzieren. Viele faserverstärkte Komposit-Mate rialen sind in der Lage, relativ hohe Kräfte unter Belastung aufzunehmen, bevor es zum Versagensfall des Materials kommt. Die faserverstärkten Komposit-Materialien der vor liegenden Erfindung zeichnen sich im Vergleich zu konventionellen Werkstoffen durch hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte und weiteren vorteilhaften Eigenschaften, wie guter Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit aus.

Die Festigkeit und Steifigkeit der Komposit-Materialien sind an die Belastungsrichtung und die Art der Belastung anpassbar. Dabei sind die Fasern für die Festigkeit und Stei figkeit des Faserverbundwerkstoffs besonders wichtig. Darüber hinaus bestimmt die Fa ser-Anordnung die mechanischen Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffs. Die Mat rix dient insbesondere dazu, den größten Teil der aufzunehmenden Kräfte auf die ein zelnen Fasern zu leiten und die räumliche Anordnung der Fasern in der gewünschten Orientierung zu halten. Da sowohl die Art der Fasern als auch die Matrixmaterialien va riiert werden können, sind zahlreiche Kombinationen von Fasern und Matrixmaterialien möglich.

Für höchste Anforderungen an Festigkeit und Steifigkeit der Faserverbund-Werkstoffe werden endlosfaserverstärkte Verbünde eingesetzt. Hierbei begrenzt erst das finale Bauteil die Länge der Fasern, die insbesondere als Gewebe oder Gelege und bei hohem resultierendem Faservolumengehalt eingebracht werden. Damit ergibt sich im Bauteil oder Halbzeug ein hohes Maß an spezifischer Grenzfläche zwischen Fasersystem und Matrix. Im Unterschied zur Imprägnierung von Kurzfasern in Spritzgussprozessen ist eine gute Imprägnierung der Endlosfasern, Gewebe oder Gele gen durch die Polymermatrix oftmals technisch herausfordernd.

Trotz der mechanischen Anforderungen an ein faserverstärktes Komposit-Material müs sen auch ästhetische und wirtschaftliche Ansprüche erfüllt werden. Da faserverstärkte Werkstoffe das Potenzial haben, in verschiedenen Bereichen Anwendung zu finden, soll ten sie mit hochwertigen Oberflächen herstellbar sein, ohne dass weitere, komplexe Ar- beitsschritte notwendig sind. Für viele Anwendungen sind gute optische Eigenschaften wichtig, wie die Möglichkeit, mittels der faserverstärkten Komposit-Materialien Elemente oder Bauteile mit glatten Oberflächen (u.a. geringer Oberflächenwelligkeit, Fehlen von Löchern oder Vertiefungen), Dekorationsfähigkeit und hoher Transparenz zu erreichen. Diese optischen Eigenschaften können mit vielen faserverstärkten Komposit-Materialien bislang nicht erzielt werden. Darüber hinaus ist eine wirtschaftliche und umweltfreundli che Herstellung des faserverstärkten Komposit-Materials erwünscht. Auch das Recyc ling ist von Bedeutung.

Daher ist es erwünscht, leichte, faserverstärkte Komposit-Materialien bereitzustellen, die ein breites Anwendungsspektrum haben. Wünschenswert sind gute optische Eigen schaften sowie die Möglichkeit, aus dem faserverstärkten Komposit-Material verschie dene Elemente mit glänzenden, strukturierten oder glatten Oberflächen herzustellen.

Das faserverstärkte Komposit-Material soll leicht zu verarbeiten sein, weitgehend inert gegenüber herkömmlichen Lösungsmitteln sein, eine gute Spannungsrissbeständigkeit aufweisen und eine glänzende strukturierte oder glatte Oberfläche haben.

Im Stand der Technik werden bereits verschiedene Verbundwerkstoffe mit Thermoplas ten und Fasern beschrieben.

WO 2016/170104 bezieht sich auf einen Verbundwerkstoff, der 30 bis 95 Gew.-% eines thermoplastischen Materials, 5 bis 70 Gew.-% Verstärkungsfasern und 0 bis 40 Gew.-% weitere Additive enthält. Das thermoplastische Material soll eine gute Verarbeitbarkeit haben, der MVR (220/10) wird mit 10-70 cm ³ /10 min angegeben.

WO 2008/058971 beschreibt Formmassen mit guten mechanischen Eigenschaften, bei denen zwei Verstärkungsfasern mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden. Die Verstärkungsfasern werden jeweils mit verschiedenen Haftvermittler-Zusammenset zungen verwendet, welche unterschiedliche Faser-Matrix-Haftungen bewirken. Die Ver- stärkungsfasern müssen als komplexe Netzwerke in die Matrix eingebracht werden. Ein solches Vorgehen setzt ein unerwünscht komplexes und arbeitsintensives Herstel lungsverfahren voraus.

WO 2008/119678 offenbart Glasfaser-verstärkte Zusammensetzungen, welche durch Verwendung von Maleinsäureanhydrid-haltigem Styrol-Copolymer in den mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Es wird jedoch der Einsatz von Kurzfasern gelehrt.

US 2011/0020572 beschreibt Organoblech-Bauteile mit einem Hybrid-Design mit einer hoch fließfähigen Polycarbonat-Komponente und geeigneten Additiven, wie hyperver- zweigte Polyester, Ethylen/(Meth)acrylat Copolymere oder niedermolekulare Polyalky lenglykolester.

WO 2008/110539 lehrt einschichtige Verbundstoffe, bei denen Glasfasern in eine Form masse eingebettet werden.

WO 2014/163227 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Verbundplatten. CA- A 2862396 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen bestehend aus einer Kernstruktur und mindestens einer Oberflächenplatte, welche mit der Kern struktur verbunden wird.

Von Van de Velde et al. (2001) werden in „Thermoplastic pultrusion of natural fibre rein forced composites, Composite Structures“, Volume 54 (2-3), 355-360, Flachsfasern als Verstärkung für (thermoplastische) Materialien beschrieben. Als Herstellungsprozess wird für die Materialien hier die Pultrusion als Methode der Wahl dargelegt.

WO 2016/170131 beschreibt die Verwendung eines Faserverbund-Werkstoffs aus ver schiedenen Lagen mit Sandwich-Struktur, wobei dieser eine Schaumstoff-Komponente als Schicht enthält. WO 2012/104436 beschreibt einen Verbundwerkstoff auf Basis eines Naturfaser-verstärkten Kunststoffs, der mindestens eine Lage eines Spunlace-Vlieses aus Naturfasern als Verstärkungsmaterial enthält.

WO 2016/170148 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Werk- stoffs aus amorphen, modifizierten Polymeren mit Verstärkungsfasern. Diese Organo- bleche werden aus einer thermoplastischen Formmasse und Verstärkungsfasern herge- stellt. Die Formmasse weist eine chemisch reaktive Funktionalität auf, die Oberfläche der Verstärkungsfaser ist mit Silan behandelt.

WO 2016/170103 betrifft einen Faserverbund-Werkstoff W mit erhöhter Lichtdurchläs sigkeit, wobei das Copolymer durch funktionelle Gruppen mit der Oberfläche von einge- betteten Fasern Bindungen eingeht. WO 2016/170145 beschreibt einen schichtartig aufgebauten thermoplastischen Faser- verbund-Werkstoff, sowie dessen Verwendung und Herstellung durch Einbringen eines Flächengebildes in eine thermoplastische Matrix.

WO 2016/026920 beschreibt Faserverbund-Werkstoffe, die auf Polymilchsäure basieren und verschiedene Naturfasern enthalten können.

WO 2019/063620 betrifft faserverstärkte Verbundwerkstoffe, die mindestens ein konti- nuierliches faserförmiges Verstärkungsmaterial in Kombination mit mindestens einer im wesentlichen amorphen Matrixpolymerzusammensetzung enthalten. WO 2019/063621 betrifft die Herstellung solcher faserverstärkten Verbundwerkstoffe.

WO 2019/063625 beschreibt faserverstärkte Verbundwerkstoffe mit verbesserter Faser- Matrix- Haftung aus mindestens 50 Gew.-% kontinuierlichem Verstärkungsmaterial und einer im wesentlichen amorphen Matrix. WO 2019/063626 betrifft die Verwendung sol cher Verbundwerkstoffe als Ausgangsmaterial in einem Thermoformverfahren zur Her stellung von Formkörpern. Im Hinblick auf den Stand der Technik liegt eine Aufgabe darin, ein gut zu verarbeitendes Komposit-Material bereitzustellen, das gegen eine Vielzahl an Lösungsmitteln weitge hend inert ist, gut spannungsrissbeständige und (biege)feste Eigenschaften hat und das zudem auch gute optische und ästhetische Anforderungen erfüllt, wie Oberflächenglanz und/oder Oberflächenstruktur. Die Herstellung soll mit geringem technischem Aufwand und wenigen Arbeitsschritten umgesetzt werden. Das Komposit-Material soll leicht sein (geringe Dichte) und vorzugsweise einfach durch Recycling aufzuarbeiten sein.

Es wurde überraschend festgestellt, dass die beschriebenen faserverstärkten Komposit- Materialien, welche mindestens eine Naturfaser als Verstärkungsmaterial (B) in Kombi- nation mit einer thermoplastischen Polymermatrix aus mindestens einem Styrol(co)po- lymer (A) enthalten, diese Aufgabe(n) lösen. Sie haben bessere (Oberflächen-)Eigen- schaften als Komposit-Materialien mit anderen thermoplastischen Polymermatrices.

Die spezifische Kombination aus mindestens einer Naturfaser, wie Flachs, als Verstär- kungsmaterial (B) mit einer thermoplastischen Polymermatrix aus mindestens einem Styrol(co)polymer (A) unter milden Bedingungen ermöglicht die Herstellung von Kompo sit-Material, welches besonders glänzende Oberflächen aufweist, ohne dass dafür wei tere Verfahrensschritte, wie Beschichtungsschritte, notwendig sind. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein faserverstärktes Komposit-Material (K), enthaltend eine thermoplastische Polymermatrix und mindestens eine Naturfaser-Kom ponente, wobei das Komposit-Material (K) enthält (oder besteht aus): mindestens 45 % (v/v), insbesondere 45 - 70 % (v/v), mindestens eines Styrol(co)poly- mers (A), oftmals Styrol-Acrylnitril, als Polymermatrix;

30 - 55 % (v/v), insbesondere 32 - 50 % (v/v), mindestens eines Naturfaser-Flächenge bildes (B) als Naturfaser-Komponente; optional 0 - 10 % (v/v), insbesondere 0 - 9 % (v/v), oftmals 0,1 - 9 % (v/v) mindestens einer weiteren Polymer-Komponente (C), die von Komponente (A) verschieden ist; und optional 0-10 % (v/v), insbesondere 0,05- 5 % (v/v), mindestens eines Additivs (D), wobei die Volumenprozente der Komponenten (A) bis (D) zusammen 100 Volumenpro zent des Komposit-Materials (K) ergeben.

Im Komposit-Material (K) besteht das Naturfaser-Flächengebilde (B) oftmals aus Natur fasern aus der Gruppe bestehend aus: Flachsfaser, Baumwollfaser, Kenaffaser, Jutefa ser, Hanffaser, Cellulosefaser, Sisalfaser, Chitinfaser, Keratinfaser, Bambusfaser, Ko kosfaser; und/oder aus vorbehandelten Naturfasern aus der Gruppe bestehend aus: Flachsfaser, Baumwollfaser, Kenaffaser, Jutefaser, Hanffaser, Cellulosefaser, Sisalfa ser, Chitinfaser, Keratinfaser, Bambusfaser, Kokosfaser. Flachs-Fasern sind besonders geeignet. Die o.g. Naturfaser-Flächengebilde unterscheiden sich in der Verarbeitbarkeit, aber auch in der Dichte; die Dichte bei 20°C (ISO 1183) liegt z.B. bei Flachsfasern bei 1 ,3-1 ,45 g/cm ³ und bei Kokosfasern bei 1,1 -1,2 g/cm ³ .

Im Komposit-Material (K) enthält das Styrol(co)polymer (A) vorzugsweise mindestens ein Styrol-Acrylnitril-Copolymer und/oder mindestens ein a-Methyl-Styrol-Acrylnitril-Co- polymer. Komponente (A) kann auch z.B. ein modifiziertes S-AN-Copolymer enthalten, z.B. ein durch Maleinsäureanhydrid-modifiziertes SAN. Auch Kombinationen aus zwei unterschiedlichen SAN-Copolymeren, die sich im AN-Gehalt unterscheiden, und einer S-AN-MSA-Copolymer-Komponente, haben sich als Komponente (A) für das Komposit- Material (K) besonders bewährt.

Im Komposit-Material (K) kann es sich bei dem Naturfaser-Flächengebilde (B) um ein Flachsfaser-Flächengebilde, z.B. um ein Gewebe, handeln. Im Komposit-Material (K) kann als Naturfaser-Flächengebilde (B) z.B. ein Fasergewebe mit einer linearen Mas sendichte von 100 - 600 tex, bevorzugt 150 - 450 tex eingesetzt werden. Dieses Natur faser-Flächengebilde (B) hat oftmals ein Flächengewicht von 100 - 600 g/m ² , bevorzugt 150 - 450 g/m ² . Im Komposit-Material (K) kann mindestens ein Additiv (D) eingesetzt werden, es kann sich z.B. um ein Trennmittel oder ein Schmiermittel handeln. Die Additiv(e) werden oft mals in einer Menge von 0,05 - 5 % (v/v) eingesetzt, bezogen auf das gesamte Volumen des Komposit-Materials.

Oftmals enthält das Komposit-Material (K) (oder besteht aus)

45 - 60 % (v/v) mindestens eines Styrol(co)polymers (A);

32-50 % (v/v) mindestens eines Naturfaser-Flächengebildes (B);

0 - 9 % (v/v) mindestens einer weiteren Polymer-Komponente (C), die von (A) verschieden ist; und 0,05 - 5 % (v/v) mindestens eines Additivs (D).

In einer Ausführungsform enthält das Komposit-Material (K) (oder besteht aus)

45 - 55 % (v/v) mindestens eines Styrol(co)polymers (A);

40-50 % (v/v) mindestens eines Flachsfaser-Flächengebildes (B);

0 - 5 % (v/v) mindestens einer weiteren Polymer-Komponente (C), die von (A) verschieden ist; und 0,05 - 5 % (v/v) mindestens eines Additivs (D).

Das Komposit-Material (K) gemäß der Erfindung hat insbesondere einen hohen Glanz. Es hat vorzugsweise bei Messung des Glanzes gemäß Norm ISO 2813 (2015) einen Glanz 20° von mindestens 40, und einen Glanz 60° von mindestens 70 aufweist.

Im Komposit-Material (K) gemäß der Erfindung hat die Polymer-Matrix vorzugsweise eine hohe Transparenz. Das Styrol(co)polymer (A) hat oftmals eine so hohe Transpa renz, dass die Naturfasern des Naturfaser-Flächengebilde (B) an der Oberfläche des Komposit-Materials (K) (gut) sichtbar sind. Hierdurch lässt sich eine natürliche und op tisch ansprechende Anmutung erreichen. Auf Beschichtungen kann oftmals verzichtet werden.

Ein Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines faserver stärkten Komposit-Materials (K), wie oben beschrieben, bei dem das Verfahren folgende Verfahrensschritte a) bis d) beinhaltet: a) Lagenaufbau mindestens einer thermoplastischen Schicht aus Styrol(co)-polymer (A), ggf. enthaltend die weitere Polymerkomponente (C) und/oder Additiv-Komponente (D); b) Lagenaufbau mindestens einer Schicht des Naturfaser-Flächengebildes (B); c) Verpressen der übereinander angeordneten Lagen aus Polymermatrix und Naturfa ser-Flächengebilden in einem beheizten Werkzeug bei einer Temperatur von 160- 240°C, bevorzugt 180 - 220°C, und bei einem Druck von 15 - 25 bar, bevorzugt 18 - 22 bar; und d) Abkühlen des faserverstärkten Komposit-Materials (K) auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ) des Styrol(co)polymers (A), bei einem Druck von 15

- 25 bar, bevorzugt 18-22 bar.

Das Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Komposit-Materials (K) beinhaltet vorzugsweise folgende Verfahrensschritte a) bis d): a) Lagenaufbau von mindestens einer, insbesondere mindestens zwei thermoplasti schen Schichten mit einer mittleren Dicke von 0,05 - 0,75 mm, insbesondere einer mitt leren Dicke von 0,1 - 0,5 mm, aus dem Styrol(co)polymer (A), ggf. enthaltend die weitere Polymerkomponente (C) und/oder Additiv-Komponente (D); b) Lagenaufbau von mindestens einer, insbesondere mindestens zwei Schichten des Naturfaser-Gewebes (B) mit einer mittleren Dicke von 0,05 - 0,75 mm, insbesondere einer mittleren Dicke von 0,1 - 0,5 mm; c) Verpressen der übereinander angeordneten Lagen aus Naturfaser-Gewebe (B) zwi schen thermoplastischen Schichten, enthaltend (A), in einem beheizten Werkzeug bei einer Temperatur von 180 - 230°C, und bei einem Druck von 15-25 bar; und d) Abkühlen des faserverstärkten Komposit-Materials (K) auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ) des Styrol(co)polymers (A), bei einem Druck von 15

- 25 bar.

Der Lagenaufbau kann z. B.2 bis 20 Lagen, oftmals 3 bis 12 Lagen, aufweisen, er kann z.B. beinhalten:

A- B-A- B- A A- B-A- B- A- B-A A- A- B-A- A- B-A- A A-A-B-A-A-B-A-A-B-A-A.

Auch Variationen der jeweiligen Schichtdicken (Angaben sind jeweils auf einzelne Schichten bezogen) sind möglich.

Beim Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Komposit-Materials (K) weist das erhaltene Komposit-Material (K) vorzugsweise eine mittlere Dicke von < 4 mm, bevor zugt von < 3,5 mm, besonders bevorzugt von < 3,0 mm auf. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Komposit-Materials (K) wie beschrie ben oder wie hergestellt durch ein Verfahren gemäß der Beschreibung, als strukturelles Element für Bauteile und/oder ästhetische Applikationen. Als Verwendungen kommen insbesondere in Frage:

(i) Ausgangsmaterial zur Herstellung von Formkörpern durch ein Verfahren des Thermoformens;

(ii) Folienmaterial oder Beschichtung;

(iii) Verpackungsmaterial; oder

(iv) textiles Flächengebilde oder Stoff.

In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen faserver stärkten Komposit-Materials (K) weist das erhaltene Komposit-Material (K) eine mittlere Gesamt-Dicke von < 3,0 mm oder < 2,0 mm auf. Die Mindestdicke des Komposit-Mate- rials(K) ist i.d.R. 0,1 mm, oftmals 0,1 mm. Das Material kann unbeschichtet verwendet werden, kann aber auch noch weiter behandelt werden.

Die bevorzugten Komponenten werden nachfolgend beschrieben.

Komponente (A) (thermoplastische Polymermatrix)

Das Kompositmaterial (K) enthält mindestens 45 % (v/v), in der Regel 45 - 70 % (v/v), bezogen auf das Gesamtvolumen der thermoplastischen Formmasse, an Styrol(co)po- lymer(en) als Komponente A. Als Komponente A enthält die erfindungsgemäße thermo plastische Formmasse ein oder mehrere Styrol(co)polymere. Dabei können in den Co polymeren neben Styrol beliebige, geeignete Co-Monomere vorliegen. Bevorzugt han delt es sich um ein oder mehrere Styrol-Acrylnitril-Copolymere und/oder ein oder meh rere alpha-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere.

Oftmals wird eine Mischung mehrerer SAN-Copolymere mit einem MAH-modifizierten Styrol-Acrylnitril Copolymer eingesetzt. Als Komponente A sind jedoch grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten und in der Literatur beschriebenen Styrol-Acrylnitril-Copoly- mere, alpha-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere oder deren Mischungen einsetzbar. Ebenfalls bevorzugte Komponenten A sind Mischungen dieser Styrol-Acrylnitril-Copoly- mere und/oder a-Methylstyrol-Acrylnitril-Copolymere untereinander.

Die thermoplastische Komponente A hat in der Regel eine Dichte bei 20°C (ISO 1183) von 1,01 bis 1,15 (g/cm ³ ). Komponente (B) (Naturfaser-Komponente)

Das Naturfaser-Flächengebilde (B), das im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann, umfasst mindestens eine Naturfaser und/oder eine aus einem natürlichen Material abgeleitete Faser. Erfindungsgemäß ist die Komponente B im Komposit-Material (K) in einem Anteil von 30 bis 55 % (v/v), vorzugsweise von 32 bis 50 % (v/v), bezogen auf das Gesamtvolumen, vorhanden. Es können auch mehrere Naturfasern kombiniert werden.

Fasern sind Materialien, die kontinuierlich diskrete, längliche Stücke bilden, ähnlich wie Fadenstücke, aus welchen Flächengebilde erstellt werden können. Naturfasern können aus verschiedenen (natürlichen) Quellen stammen, z. B. aus der Gruppe, bestehend aus: Kenaffasern, Jutefasern, Flachsfasern, Hanffasern, Zellulosefasern, Baumwollfa- sern, Sisalfasern, Chitinfasern, Keratinfasern und Kokosfasern. Bevorzugt enthält das Faserverstärkte Komposit-Material K als Komponente B ein Flachsfaser-Flächengebilde.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die line are Massendichte von 100-600 tex, bevorzugt 150-450 tex, sowie das Flächengewicht 100-600 g/m ² , bevorzugt 150-450 g/m ² .

Die Komponente B hat in der Regel eine Dichte bei 20°C (ISO 1183) von 1 ,1 bis 1,6 (g/cm ³ ), oftmals, z.B. bei Flachsfasern, von 1,3 bis 1 ,45 (g/cm ³ ). Komponente (C)

Die Komponente C kann eine weitere Polymerkomponente sein, die sich von der Kom ponente A unterscheidet. Die Komponente C ist in dem Komposit-Material in einem An teil von 0 bis 10 % (v/v), oftmals 0,05 bis 5 % bezogen auf das Gesamtvolumen, enthal- ten. Von besonderem Interesse als Komponente C sind z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polyamid, PLA und andere.

Die weitere Polymer-Komponente C hat in der Regel eine Dichte bei 20°C (ISO 1183) von 0,9 bis 1,3 (g/cm ³ ).

Komponente (D) (Additive)

Bei der Komponenten D handelt es sich um einen oder mehrere Zusatzstoffe, die in dem faserverstärkten Komposit-Material in einem Anteil von 0 bis 10 % (v/v), bezogen auf Gesamtvolumen, enthalten sind. Weiterhin kann die thermoplastische Zusammenset zung Zusatzstoffe (Additive) in einem Bereich enthalten, in dem die Eigenschaften der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Komponente D besteht aus einem oder mehreren Additiven, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Trennmitteln, Schmiermitteln, Pigmenten, Formentrenn mittel, Wachse, Farbstoffe, Flammschutzmittel, Antioxidantien, Stabilisatoren gegen Lichteinwirkung, Wärme- und UV-Stabilisatoren, pulverförmige Füllstoffe, Verstärkungs mittel, Antistatika, Haftvermittler (Netzmittel) oder Mischungen daraus.

Insbesondere werden Trennmittel oder Schmiermittel in einer Menge von 0,05 bis 5 % (v/v), bezogen auf das Gesamtvolumen, bevorzugt. Die Additiv-Komponente D hat oft mals - je nach Typus - eine Dichte bei 20°C (ISO 1183) im Bereich von 0,9 bis 2,0 (g/cm ³ ).

Herstellungsverfahren

Die Herstellung des faserverstärkten Komposit-Materials (K) beinhaltet grundsätzlich ei nen Lagenaufbau (aus den Komponenten (A) und (B)), ein Verpressen in einem Werk- zeug unter Einwirkung von Hitze und Druck sowie ein Abkühlen des Materials.

Als erste Verfahrensschritte wird der Lagenaufbau aus mindestens einer thermoplasti schen Schicht aus Styrol(co)polymer (A), ggf. enthaltend weitere Polymerkomponente (C) und/oder die Additiv-Komponente (D), und mindestens einer Schicht des Naturfaser- Flächengebildes (B) vorgenommen. Bevorzugt werden die Komponenten in übereinan der angeordneten Lagen (z.B. Naturfaser-Gewebe (B) zwischen Styrol(co)polymer (A): (A) -((B)-(A)) _n dargelegt.

Das Verpressen erfolgt anschließend durch einen Schmelzevorgang des Styrol(co)poly- mers und das Verbinden der Lagen der Komponenten A und B. Dieser Vorgang wird in einem beheizten Werkzeug bei einer Temperatur von 160 - 240°C und bei einem Druck von 15 - 25 bar vorgenommen. Eine bevorzugte Temperatur beträgt 180 - 220°C, ein bevorzugter Druck beträgt 18 - 22 bar. Abschließend wird das faserverstärkte Komposit- Material unter Druck im Press-Werkzeug abgekühlt auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ) der Komponente (A).

Anwendungen

Das faserverstärkte Komposit-Material (K) bietet dank seiner strukturellen, mechani- sehen sowie ästhetisch vorteilhaften Eigenschaften ein breites Anwendungsgebiet. Es eignet sich als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Formkörpern durch ein Verfah ren des Thermoformens, als Folienmaterial oder als Beschichtung, als Verpackungsma terial oder als textiles Flächengebilde oder Stoff. Eine bevorzugte Verwendung liegt vor allem in der Nutzung als leichtes, strukturelles Element für Bauteile und/oder ästheti schen Applikationen. Eine Wiederverwendung des Materials und ein Recycling sind gut möglich.

Die Erfindung wird durch die Beispiele und Ansprüche näher erläutert.

Beispiele

Verwendete Materialien

Zwei unterschiedliche thermoplastische Formmassen (A1) und (A2) werden hergestellt:

A1) SAN-Copolymer Zusammensetzung, enthaltend:

(A1.1) 33,23 Gew.-% Styrol-Acrylnitril Copolymer, 22,4-24,4 Gew.-% Acrylnitril,

MVR (220 °C/5 kg) = 19,0-29,0 cm ³ /10 min, Vicat B50 = 96,0-102,0 °C,

Viskositätszahl = 58,0-66,0 cm ³ /g

(A1.2) 33,23 Gew.-% Styrol Acrylnitril Copolymer, 25-29 Gew.-% Acrylnitril,

MVR (220 °C/10 kg) = 80-120 cm ³ /10 min

(A1.3) 33,24 Gew.-% Styrol-Acrylnitril-Maleinsäureanhydrid Copolymer,

23,5-26,0 Gew.-% Acrylnitril, Viskositätszahl = 61,0-67,5 cm ³ /g

Die Dichten dieser Styrol-Acrylnitril-Copolymere betragen ca. 1.08 g/cm ³ .

(A1.4) 0,30 Gew.-% PETS (Pentaerytritol-tetrastearate) als Trennmittel,

Additiv mit Dichte 0,94 g/cm ³ .

A2) für Vergleichsbeispiel: Polypropylen-Zusammensetzung, enthaltend:

(A2.1) 94,35 Gew.-% eines PP-Homo- oder Copolymer mit einem MFR (230/2,16) = 80- 120 g/10 min, Biegemodul 1550 Mpa, Izod (23 °C) 5,5 kJ/m ² , Impact-Copolymer, nukle- iert, antistatisch, RIGIDEX P 380-H100 (von INEOS Olefins & Polymers), Dichte 0,90 g/cm ³ . (A2.2) 5 Gew.-% eines polar funktionalisierten Polypropylens mit gepfropftem Malein säureanhydrid MFR (190/0,325) 9-13 g/10 min, gepfropftes Maleinsäureanhydrid 0,17- 0,21 Gew.-%, PRIEX 20093 von BYK (A2.3) 0,65 Gew.-% eines Entformungsmittels auf Basis von Glycerinmonostearat,

Additiv (DIMODAN HP, von Danisco).

Die Dichte der Polypropylen-Formmasse (A2) beträgt 0.90 g/cm ³ .

Als Naturfaser-Komponente (B) wurde bei den Versuchen eingesetzt:

Flachsfasergewebe: Flachsfaser-Köpergewebe 2/2, Flächengewicht 300 g/m ² ,

300 tex Garn in Kette und Schuss, von Hersteller Bcomp (CH); ampliTex™ Art. Nr. 5040), Dichte beträgt 1.45 g/cm ³ .

Herstellung des jeweiligen faserverstärkten Komposit-Materials (K)

Zur Herstellung der faserverstärkten Komposit-Materialen (K) wurden in einer statischen Heißpresse (Vogt P400S) verschiedene Lagenaufbaus aus thermoplastischer Polymer matrix (als Folie) und Naturfaser-Komponente (Fasergewebe) bereitgestellt. Das Press werkzeug wurde auf die angestrebte Temperatur erwärmt. Die jeweiligen Lagen des Komposit-Materials wurden unter Druck für einen Zeitraum T1 (z.B. einige Sekunden) verpresst. Abschließend wurde das Werkzeug für einen Zeitraum T2 (z.B. einige Minu- ten) abgekühlt und das Material entnommen.

In den Beispielen wurde als Naturfaser-Gewebe (B) Flachsfasergewebe (ampliTex 5040, 300 g/m ² , 300 tex) eingesetzt, sowie als thermoplastische Komponente (A) SAN-Copo- lymer-Folie (150 pm) im erfindungsgemäßen Beispiel (s.o.); bzw. eine PP-Thermoplast- Folie (135 pm) im Vergleichsbeispiel, wie oben charakterisiert.

Das Verpressen der Lagen erfolgte bei einer Temperatur von 210 °C unter 20 bar Druck für einen Zeitraum T 1 von 5 s. Das Werkzeug wurde anschließend über einen Zeitraum T2 von 25 min bei 20 bar Druck auf 60 °C gekühlt. Das Komposit-Material wurde dann entnommen und mechanisch, optisch und bzgl. der Oberfläche untersucht.

Die SAN-Lage im erfindungsgemäßen Komposit-Material hatte (jeweils) eine mittlere Di cke von 0,150 mm. Die PP-Lage im Vergleichs-Ko posit-Material hatte (jeweils) eine mittlere Dicke von 0,135 mm. Das Flachs-Fasergewebe hatte (jeweils) im erfindungsgemäßen Komposit- Material hatte eine mittlere Dicke von 0,207 mm. Das Flachs-Fasergewebe hatte im Ver gleichs-Komposit-Material ebenfalls eine mittlere Dicke von 0,207 mm.

Tabelle 1 zeigt Parameter zu hergestellten faserverstärkten Komposit-Materialien (K)

Die nach der experimentellen Herstellung gemessene Gesamtdicke war geringfügig grö- ßer als die berechnete Dicke des jeweiligen Komposit-Materials. Das erfindungsgemäße Komposit-Material enthielt etwa 45 Gew.-% Polymer-Matrix und etwa 55 Gew.-% Faser gewebe. Das PP-basierte Komposit-Material enthielt etwa 37 Gew.-% Polymer-Matrix und etwa 63 Gew.-% Fasergewebe. Die erhaltenen faserverstärkten Komposit-Materialien (K) wurden mechanisch unter sucht und mittels Glanzmessungen gemäß Norm ISO 2813 (2015) charakterisiert.

Mechanische Charakterisierung kann über Schlagzähigkeit, Kerbschlagzähigkeit und andere erfolgen. Auch die Lagerstabilität bei verschiedenen Temperaturen und Feuch- tigkeiten kann vergleichend untersucht werden.

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Glanzmessung zur Charakterisierung des faserver stärkten Komposit-Materials (K) Es konnte gezeigt werden, dass durch das erfindungsgemäße faserverstärkte Komposit- Material (K) mit Styrolcopolymer als thermoplastischer Polymermatrix (A) in einem ein- fachen Herstellungsvorgang ein Komposit-Material mit niedriger Dichte, guten mechani schen Eigenschaften und ferner deutlich erhöhtem Glanz (z.B. Glanz 20° oder Glanz 60°) erhalten wird.

Dieses Material ist auch ökologisch von Vorteil, es kann z.B. einfach einem Recycling- Verfahren zugeführt werden.

Die daraus hergestellten Formkörper zeigten sich ästhetisch ansprechend, mechanisch belastbar und gut lagerfähig. Analoge Komposit-Materialien lassen sich in entsprechender weise einfach auch mit anderen Naturfaser-Geweben hersteilen, insbesondere basierend auf Baumwollfaser, Kenaffaser, Jutefaser, Hanffaser, Cellulosefaser, Sisalfaser, Chitinfaser, Keratinfaser, Bambusfaser, Kokosfaser und/oder aus vorbehandelten Naturfasern.